[发明专利]集成化的太赫兹波远场超衍射聚焦成像系统

说明书

本发明公开了集成化的太赫兹波远场超衍射聚焦成像系统，涉及太赫兹波成像技术领域，解决了现有的太赫兹波成像技术，虽然实现了超分辨聚焦，但均是基于近场光学原理；现有的成像技术存在焦距极小、无法动态调焦、宽度较窄、衍射效率较低的问题，其技术方案要点是：包括太赫兹波源、光泵浦、太赫兹波聚焦器件和主控制电路；所述太赫兹波源用于发射太赫兹波；所述光泵浦用于产生持续可见光后照射所述太赫兹波聚焦器件；所述太赫兹波聚焦器件用于改变所述太赫兹波的透射率；所述主控制电路用于对所述太赫兹波聚焦器件施加偏压，具有增大焦距、超衍射极限分辨率、动态调焦、增宽宽带、提高衍射效率的效果。

技术领域

本发明涉及太赫兹波成像技术领域，更具体地说，它涉及集成化的太赫兹波远场超衍射聚焦成像系统。

背景技术

太赫兹波是指频率为0.1～10THz的电磁波，该波段包含丰富的光谱信息，如蛋白质在内的大分子转动/振荡频谱、固体材料晶格振动能谱等。与微波和光波相比，太赫兹波具有能量低、穿透力强、安全性高、光谱信息丰富等特性，在无损检测、安检、医学成像和通信等领域具有重要的应用前景。

太赫兹成像技术的发展和应用对聚焦光斑、成像分辨率提出了更高的需求。近年来，国际上在近场光学的太赫兹超分辨成像、聚焦已经取得一些进展。如2003年，美国伦斯勒理工学院采用扫描近场光学显微技术获得了150nm的太赫兹成像分辨率@2THz。2016年，日本东北大学设计了一种由多个狭缝和棒状阵列构成的超透镜，仿真得到聚焦焦斑为20μm。2016年，美国俄勒冈州立大学设计了一种基于二维亚波长硅柱阵列结构的双曲线超材料聚焦镜，在焦距2.5λ处获得超衍射的焦斑。

现有的太赫兹波成像技术，虽然实现了超分辨聚焦，但均是基于近场光学原理；存在焦距极小、无法动态调焦、宽度较窄、衍射效率较低等问题。

发明内容

本发明的目的是提供集成化的太赫兹波远场超衍射聚焦成像系统，具有增大焦距、超衍射极限分辨率、动态调焦、增宽宽带、提高衍射效率的效果。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：集成化的太赫兹波远场超衍射聚焦成像系统，包括太赫兹波源、光泵浦、太赫兹波聚焦器件和主控制电路；

所述太赫兹波源用于发射太赫兹波；

所述光泵浦用于产生持续可见光后照射所述太赫兹波聚焦器件；

所述太赫兹波聚焦器件用于改变所述太赫兹波的透射率，以实现所述太赫兹波远场衍射聚焦；

所述主控制电路用于对所述太赫兹波聚焦器件施加偏压，以实现所述太赫兹波聚焦器件动态调焦。

通过采用上述技术方案，利用光泵浦，使得太赫兹波聚焦器件产生光生载流子；利用太赫兹波聚焦器件，便于增大太赫兹波聚焦的聚焦焦距、增宽宽带以及提高太赫兹波超衍射分辨率；利用主控制电路，便于对太赫兹波聚焦器件进行动态调焦。

本发明进一步设置为：所述太赫兹波聚焦器件包括硅层和多个与硅层表面抵接的石墨烯层；所述石墨烯层呈环形状，多个石墨烯层同心设置，相邻石墨烯层之间间距相等；相邻所述石墨烯层之间环设有与硅层抵接的绝缘层；所述绝缘层表面覆盖有导电层，导电层两侧分别与相邻石墨烯层抵触。

通过采用上述技术方案，利用多个环形状的石墨烯层，在不同半径的石墨烯层上施加不同偏压，使得太赫兹波聚焦器件出射面形成具有亚波长空间分辨率的透射光场分布，便于在远场获得超振荡焦斑，突破了太赫兹波衍射极限，达到远场高分辨光学成像。

本发明进一步设置为：所述主控制电路包括有源驱动电路、列数据驱动电路、行数据驱动电路和时序控制电路；所述时序控制电路与列数据驱动电路和行数据驱动电路连接；所述有源驱动电路与列数据驱动电路和行数据驱动电路连接；

所述列数据驱动电路包括列位移寄存器、第一锁存器组、第二锁存器组和数字模拟转换器组；